Détermination Spectroscopique des Grandeurs Optoélectroniques du SnO2 Dopé Elaboré par Spray Ultrasonique

Abstract

In this work, undoped tin dioxide (SnO2) and fluorine doped tin dioxide (SnO2: F) films were elaborated with spray ultrasonic technique. SnCl2 and NH4F were used as sources of SnO2 and fluorine doping respectively. The films were deposited on 480°C heated glass. Effects of fluorine doping and films thickness on the optical, structural and opto-electrical properties of undoped and fluorine doped SnO2: F (FTO) thin films were investigated. X-ray diffraction (XRD) patterns showed that both SnO2 and SnO2: F films were polycrystalline with tetragonal rutile structure. The preferential orientation for SnO2 was along (211) plane whereas SnO2: F preferential orientations were along (200) planes. The calculated crystallite sizes were in the average 11.57–28.16 nm. Optical transmittance spectra of the films showed high transparency of about 73-87% in visible region. The optical gap, for SnO2 and SnO2: F films, was found to be in the range 3.62-3.93 eV. Plasma frequencies of the films were found to be in the range 1.317×1015-1.395×1015 Hz leading to estimated optical carrier concentration in the range of 1.575×1021-1.767×1021cm-3.The electrical study reveals that the films have n-type electrical conductivity and depend upon fluorine concentration. The electrical carrier concentration was found to be in the range 2.04×1019–0.04×1019 cm-3 which was lower than the optically estimated one. Calculated figure of merit for FTO thin films revealed maximum value about 13.0410-3 (-1) at =700 nm at fluorine concentration 6 wt. % for 440 nm thickness. FTIR spectra confirmed the formation of SnO2, after fluorine doping a new vibration mode of Sn-F was appeared around 710 cm-1. Contact angle on the FTO films surfaces was measured which was in the range of 66-109°. CA measured values reveals that the films surfaces have hydrophobicity properties. The elaborated FTO thin films are promising to be used as window layer in solar cells and as self cleaning materials.

Dans ce travail, couches minces de dioxyde d'étain non dopé (SnO 2 ) et dopé par fluor (SnO 2 : F) ont été élaborés avec la technique de spray ul trasons. SnCl 2 et NH 4 F ont été utilisés comme sources de SnO 2 et de dopage au fluor, respectivement. Les couches ont été déposés sur verre chauffé à 480 °C. Effets de dopage par fl uor et d'épaisseur des couches sur les propriétés optiques, structurelles et opto-électriq ues de couches minces SnO 2 non dopé et dopé fluor: F (FTO) ont été étudiés. Diffraction de s rayons X (XRD) montrent que tous les deux motifs de SnO 2 et SnO 2 : F sont des couches polycristallins avec une struc ture rutile tétragonale. L'orientation préférentielle pour SnO 2 était long (211) plane alors que l’orientations préférentielles de SnO 2 : F étaient long (200) plans. Les tailles de crista llites calculées étaient dans la moyenne de 11.57–28.16 nm . Les spectres de transmission optique des couches ont montré une transparence élevée d'en viron 73-87% dans la région visible. Le gap optique, pour SnO 2 et SnO 2 : F films, a été jugée dans la gamme de 3.62-3.93 e V. Fréquences de plasma des couches ont été trouvés po ur être dans la gamme 1.317×10 15 - 1.395×10 15 Hz conduisant à la concentration de porteurs optiqu e estimée dans la gamme de 1.575×10 21 -1.767×10 21 cm -3 . L'étude électrique révèle que les films ont condu ctivité électrique de type n et dépendent de la concentration de fluor . La concentration de porteurs électrique a été jugée dans la gamme de 2.04×10 19 –0.04×10 19 cm -3 , qui était inférieure à celle estimée optiquement. Facteur de mérite pour FTO couches min ces a révélé valeur maximale environ 13.04 × 10 -3 ( Ω -1 ) à λ = 700 nm à une concentration de fluor 6 wt . % pour 440 nm d'épaisseur. Spectres FTIR a confirmé la formation de SnO 2 , après le fluor dopage un nouveau mode de Sn-F vibration est apparu autour de 710 cm -1 . Angle de contact sur les surfaces des FTO couches a été mesurée qui était dans la gamme de 66 -109°. CA valeurs mesurées révèle que les surfaces des films ont des propriétés d'hydroph obie. Les FTO couches minces élaborés sont prometteurs pour être utilisé comme des fenêtr es dans les cellules solaires et comme matériaux auto-nettoyants.